De peristaltische pomp is in het laboratorium de eerste keuze voor het transport en de dosering van vloeistoffen wanneer contact tussen medium en pompmechanisme uitgesloten moet zijn. Toch bepalen drie technische parameters het praktische succes van elke opstelling: de kalibratie van het debiet, de keuze van de slang en de beheersing van de pulsatie. In dit artikel wordt elk van deze drie behandeld op het niveau dat een analist, procesoperator of onderzoeker in het lab in de praktijk nodig heeft. Voor een overzicht van alle pomptypen zie het artikel peristaltische pomp en slangenpomp voor het laboratorium; hier gaan we op onderdelen dieper in.
Een peristaltische pomp is een positieve-verdringingspomp. Rollen op een draaiende rotor drukken een flexibele slang tegen de behuizing dicht. Op het moment dat de slang volledig gesloten is, spreekt men van volledige occlusie. Tussen twee opeenvolgende rollen bevindt zich een geïsoleerd volume vloeistof — de zogenoemde pillow — dat door de draaiende beweging naar de perszijde wordt voortgestuwd. Achter de doorgaande rol ontstaat aan de aanzuigzijde een void, een onderdruk die vers medium in de slang zuigt. Het pompmechanisme is daarmee inherent zelfaanzuigend en geeft geen terugstroming zolang de rotor stilstaat: er zijn geen kleppen of afdichtingen nodig.
Het theoretische debiet Q van de pomp volgt uit een eenvoudige relatie:
Q = n · V · N
waarin n het aantal rollen is, V het pillow-volume (dat wordt bepaald door de binnendiameter van de slang en de pompkopgeometrie) en N het toerental van de rotor in omwentelingen per minuut. In de praktijk wijkt het werkelijke debiet altijd iets af van deze theoretische waarde, doordat de slang niet perfect terugveert na compressie, doordat de druk aan de persijde het pillow-volume beperkt, en doordat de slang bij het aanlopen op temperatuur eerst een korte inwerkperiode doormaakt. Om die reden is kalibratie geen luxe maar noodzaak.
Kalibratie is de vertaling van een instelling (toerental, RPM of arbitraire schaalwaarde) naar een werkelijk debiet in ml/min. De standaardaanpak is gravimetrisch: u meet gedurende een vaste tijdsduur het gewicht van de opgevangen vloeistof en herleidt het debiet via de dichtheid van het medium. Deze methode is nauwkeurig, traceerbaar en aansluitend bij de ISO 17025-eisen voor kalibratie van meetapparatuur.
Voor volumetrische kalibratie wordt in plaats van een balans een gekalibreerde maatcilinder of buret gebruikt. Deze methode is sneller maar minder nauwkeurig dan gravimetrische kalibratie en is geschikt voor routinegebruik in schoollab of productie. Zie ook het artikel validatie van analytische methoden voor de bredere context waarin een kalibratie past.
Een peristaltische pomp verliest langzaam opbrengst naarmate de slang verslijt. Dit heet compression set: het slangmateriaal veert na verloop van tijd niet meer volledig terug na compressie, waardoor het effectieve pillow-volume afneemt. Voor kwaliteitskritische toepassingen is de gangbare aanbeveling:
Moderne pompen met stappenmotor bieden vaak een ingebouwde kalibratieroutine waarbij het toerental automatisch wordt bijgesteld om een gewenst debiet te leveren op basis van een enkele geijkte meting. Deze routines zijn nuttig maar vervangen geen periodieke controle: zij compenseren pas na de vaststelling van de afwijking.
De slang is het enige onderdeel van een peristaltische pomp dat in contact komt met het medium en tegelijk het slijtageonderdeel. De keuze wordt bepaald door vier factoren: chemische bestendigheid, mechanische eigenschappen, permeabiliteit en levensduur. Voor de belangrijkste materialen — siliconen, Marprene/BTP, PTFE en PharMed/BPT — is de tabel in het overzichtsartikel over laboratoriumpompen een goed startpunt. Hier gaan we dieper in op de mechanische parameters die de levensduur en de reproduceerbaarheid bepalen.
Slangen voor peristaltische pompen hebben een Shore A-hardheid die typisch tussen 50 en 65 ligt. Onder de 50 is de slang te zacht: hij houdt de compressievorm en veert onvoldoende terug, waardoor de opbrengst snel afneemt en de rotor uiteindelijk vast kan lopen. Boven de 65 is de slang te hard: de motor moet extra vermogen leveren om de slang dicht te knijpen, de slijtage neemt toe en in sommige gevallen sluit de slang onvolledig — met terugstroming of pulsatie tot gevolg. Bij inkoop van slangenmateriaal is de opgegeven Shore A-waarde daarom een van de eerste specificaties die u naast de chemische bestendigheid controleert.
De binnendiameter (ID) van de slang bepaalt samen met de wanddikte en het toerental het debietbereik. Grotere ID's geven hogere debieten maar bij hogere druk ook grotere pulsatie. Een gebruikelijke keuze is:
De wanddikte moet zijn afgestemd op de pompkopgeometrie. Een te dunne wand knijpt onvolledig dicht en levert lekstroom (backflow) op; een te dikke wand maakt volledige occlusie onmogelijk en overbelast de motor. Fabrikanten geven per pompkop de aanbevolen slangdimensies. Wijken van deze specificatie is een frequente oorzaak van vervroegde slijtage.
Vóór productiegebruik wordt de chemische bestendigheid van de slang gecontroleerd. Dit gebeurt in drie stappen. Eerst leest u het veiligheidsinformatieblad van het medium en de compatibiliteitstabel van de slangfabrikant. Bij twijfel over de langetermijnbestendigheid — zwelling, verweking, verkleuring — voert u een onderdompelingsproef uit: een stukje slang wordt 24 tot 48 uur ondergedompeld in het te pompen medium, waarna u het vergelijkt met een referentiestukje op verandering in diameter, kleur en flexibiliteit. Zwelling van meer dan enkele procenten is een sterk signaal om een ander materiaal te kiezen.
Voor celkweek en microbiologische toepassingen is naast de chemie ook de extractables and leachables-eigenschap van belang: het lekken van weekmakers of oligomeren uit de slang naar het medium. Voor deze toepassingen zijn PharMed/BPT en gecertificeerde siliconen de standaard, mede omdat ze autoclaveerbaar zijn.
De levensduur van een slang wordt bepaald door het aantal keer dat elk segment gecomprimeerd wordt. Ruwweg geldt:
Aantal compressies per slangpositie = n · N · t
waarin n het aantal rollen is, N het toerental in rpm en t de looptijd in minuten. Voor een slang die bij een driewalsrotor bij 100 rpm continu draait, komt dit neer op 18.000 compressies per uur per slangpunt. Fabrikanten specificeren typische levensduren voor hun tubing in uren bij een referentiedebiet; met deze formule kunt u schatten hoe uw eigen toepassing zich verhoudt. Verlengen van de levensduur bereikt u door lager toerental met een grotere slang-ID (dezelfde flow bij minder compressies), door regelmatig repositioneren van de slang in de pompkop, of door te kiezen voor een pompkop met minder rollen die verder rond de slang lopen.
Elke peristaltische pomp geeft van nature een pulserende flow. De oorzaak is direct terug te voeren op het werkingsprincipe: elke keer dat een rol de slang loslaat en de volgende rol de occlusie overneemt, ontstaat een kortstondige verandering in het uittredend volume. Het resultaat is een debietsignaal met een pulsatiefrequentie gelijk aan n · N — het aantal rollen maal het toerental — en een amplitude die kan oplopen tot 30 procent van het gemiddelde debiet bij een pomp met twee rollen.
De volgende maatregelen zijn in volgorde van toenemende ingreep in de opstelling:
Een peristaltische pomp is zelfaanzuigend en kan doorgaans 3 tot 8 meter waterkolom aanzuigen, afhankelijk van de slang-ID en de dichtheid van het medium. Bij aanzuigen van viskeuze media of oplossingen met opgeloste gassen is een vacuüm-onthouder in de aanzuigleiding aan te raden om cavitatie te voorkomen. De maximale opvoerhoogte en druk aan de perszijde variëren per pompkop en slangmateriaal: eenvoudige laboratoriumuitvoeringen halen 1 tot 2 bar, industriële slangenpompen tot 15 bar of meer.
Peristaltische pompen kunnen zonder directe schade aan het pompmechanisme droog draaien, omdat het pompmechanisme geen contact heeft met het medium. Toch is langdurig droogdraaien af te raden: de slang wordt door wrijvingswarmte inwendig extra belast en de compression set neemt versneld toe. Voor onbewaakte langdurige processen zijn de volgende beveiligingen gebruikelijk:
Bij stilstand geeft de volledige occlusie automatisch een kleppenloze terugslag: er is geen terugstroming zolang de rotor niet draait. Bij een grote hoogteverschil tussen voorraad en uitgangspunt kan wel sifonering optreden: als de perszijde lager ligt dan de aanzuigzijde en het niveau boven de pomp zit, kan de vloeistof onder invloed van de zwaartekracht door de dichtgeknepen slang siepelen, met name naarmate de slang veroudert. Een fysiek geplaatste terugslagklep in de persleiding is dan de eenvoudigste veiligheidsvoorziening. Bij het pompen van brandbare of vluchtige media let u ook op de ATEX-classificatie van de pomp en het pompmateriaal.
Voor steriele toepassingen zijn twee methoden gebruikelijk. De eenmalige aanpak (single-use) is standaard in de biotechnologie: de complete slangset — vaak inclusief filters en aansluitingen — wordt gesteriliseerd geleverd, na gebruik verwijderd en vervangen. Dit sluit kruisbesmetting uit en elimineert de reinigingsvalidatie. De hergebruikaanpak maakt gebruik van CIP (Cleaning In Place) en SIP (Sterilization In Place) protocollen: de opstelling wordt zonder demontage gereinigd en gesteriliseerd. Voor SIP met stoom is doorgaans een siliconen- of PharMed-slang nodig die 30 minuten stoom bij 121 °C verdraagt. Voor CIP wordt meestal eerst gespoeld met gedemineraliseerd water, dan met een verdunde loog, dan met een verdund zuur, en tenslotte weer met water. Zie ook het artikel over laboratorium-reinigingsmiddelen voor de keuze van reinigers.
De meestvoorkomende storingen bij een peristaltische pomp zijn af te leiden uit één van drie oorzaken: de slang, de aansturing of de aanzuig. Onderstaande tabel is een korte diagnosegids die u ook in een CAPA-onderzoek of risicoanalyse als checklist kunt gebruiken.
De peristaltische pomp is bij uitstek geschikt voor situaties waarin het medium en het pompmechanisme gescheiden moeten blijven. In de praktijk komt u de pomp in de volgende toepassingen tegen:
De standaardmethode is gravimetrisch: laat de pomp bij het gewenste toerental gedurende een vaste tijdsduur (bijvoorbeeld 60 seconden) op een tarreerde balans lopen, weeg het opgevangen medium en herleid het debiet via Q = m / (ρ · t). Herhaal de meting minimaal driemaal en over ten minste drie toerentalpunten. Voor routinecontrole kunt u ook volumetrisch kalibreren met een gekalibreerde maatcilinder, wat sneller maar minder nauwkeurig is.
Er zijn drie standaardmomenten: bij iedere slangvervanging, bij wisseling van het medium en periodiek volgens uw kwaliteitsprotocol (dagelijks bij continue processen, wekelijks bij intermittent gebruik). Voor GLP- of GMP-omgevingen legt u de frequentie vast in het onderhoudsplan en documenteert u de resultaten in het kwaliteitssysteem.
De keuze wordt bepaald door drie factoren: het te pompen medium (chemische bestendigheid volgens het veiligheidsinformatieblad), het benodigde debiet (bepaalt de binnendiameter) en de toepassing (steriel of niet, temperatuur, autoclaveerbaar). Kies binnen de Shore A-hardheid van 50 tot 65 en houd de door de pompfabrikant opgegeven wanddikte aan. Voor waterige oplossingen en bufferoverdracht is siliconen doorgaans afdoende; voor oplosmiddelen en agressieve chemicaliën komen Marprene/BTP of PTFE-samengestelde slangen in aanmerking; voor farmaceutische en celkweektoepassingen zijn PharMed/BPT en gecertificeerde siliconen de standaard.
De levensduur wordt uitgedrukt in uren bij een referentiedebiet en varieert van enkele tientallen uren voor zachte siliconen bij hoge belasting tot enkele duizenden uren voor thermoplastische elastomeren zoals Marprene onder mildere condities. In de praktijk vervangt u de slang bij de eerste zichtbare tekenen van slijtage (verkleuring, zwelling, uitzetting) of wanneer de gekalibreerde opbrengst met meer dan uw toegestane afwijking daalt, bijvoorbeeld meer dan 5 procent.
Er zijn vier standaardmaatregelen: kies een pompkop met meer rollen (vier tot acht in plaats van twee tot drie), installeer een pulsatiedemper (gesloten vat met luchtkussen) in de persleiding, gebruik een meerkanaalsopstelling met faseverschuiving of verleng de persleiding en voeg een tussenreservoir toe. Voor gevoelige analytische detectie kunt u meerdere maatregelen combineren.
De drie meest voorkomende oorzaken zijn: (1) een verouderde slang met compression set, waardoor het effectieve pillow-volume afneemt; (2) een verhoogde tegendruk aan de perszijde, die het pillow-volume comprimeert; en (3) een gedeeltelijke verstopping van de aanzuigleiding of aanzuigfilter. Kalibreer opnieuw na het aanpakken van de oorzaak en documenteer de bevinding in uw CAPA-log als het een terugkerende afwijking betreft.
Ja, maar met beperkingen. Laboratorium-uitvoeringen leveren doorgaans 1 tot 2 bar tegendruk; industriële slangenpompen halen tot 15 bar of meer. Bij toenemende druk daalt het effectieve pillow-volume omdat de slang na de rol niet volledig terugveert vóór de volgende occlusie. Voor toepassingen met significante tegendruk (bijvoorbeeld doorstroming door een gepakte kolom) verifieert u de opbrengst bij de werkelijke tegendruk in plaats van bij atmosferische uitgang.
De volledige occlusie van de slang tussen rol en behuizing sluit de slang hermetisch af. Zolang de rotor stilstaat, is er dus geen doorgang mogelijk in beide richtingen: de dichtgeknepen slang werkt als een geïntegreerde terugslagklep. Dit is een fundamenteel voordeel ten opzichte van zuiger-, membraan- en tandwielpompen, die alle op één of meer kleppen aangewezen zijn en waarbij een defect klepje direct tot lek- en terugslagverliezen leidt.
In principe wel, mits u tussen media grondig doorspoelt, de slang eventueel vervangt (in het bijzonder bij overgang naar een medium waaraan de vorige slang niet is aangepast) en na iedere wissel opnieuw kalibreert. Voor kwaliteitskritische processen is een aparte pomp of aparte slangset per medium aan te raden om kruisbesmetting uit te sluiten.
Kalibratie is de vaststelling van de relatie tussen instelling en werkelijk debiet, doorgaans over meerdere punten en herhaalde metingen. Verificatie is een enkele controle of het gekalibreerde apparaat binnen de toegestane afwijking blijft. Zie voor de bredere context validatie van analytische methoden: kalibratie en verificatie zijn beide onderdelen van methodevalidatie.
Voor absoluut pulsatievrije doorstroming is een spuit- of zuigerpomp superieur: de constante zuigersnelheid geeft een vlakke debietprofiel. Nadelen zijn het beperkte volume (bepaald door de spuitinhoud) en het onderbreken bij bijvullen. Voor continue doorstroming met minimale pulsatie is een peristaltische pomp met vier tot acht rollen in combinatie met een pulsatiedemper doorgaans afdoende. De keuze hangt af van de looptijd, het volume en de gevoeligheid van de detectie. Voor microfluidische toepassingen zijn beide varianten in gebruik; zie voor de details UHPLC en aanverwante artikelen.
Bekijk voor uw toepassing het assortiment peristaltische pompen en slangenpompen, de bijbehorende slangen en toebehoren en voor volumetrische kalibratie het maatglaswerk. Voor combinatie met filtratie na of vóór de pomp is de rubriek filtratie-apparatuur een startpunt. Neem contact op voor advies over de juiste pomp-slangcombinatie voor uw specifieke medium en toepassing.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene technische toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke analytische, klinische of industriële situaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende normen, vakliteratuur en de documentatie van fabrikant en apparatuur.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
